有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)介紹及主要公式推導(dǎo)
曹春，楊素香，黃宇峰，程遠(yuǎn)
(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)
摘要：簡(jiǎn)單介紹有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)種類，著重介紹帶有槽鐵心嵌線式擺動(dòng)磁場(chǎng)型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)、主要計(jì)算公式和主要技術(shù)參數(shù)。
關(guān)鍵詞：有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)；反電勢(shì)；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)05—0016—02
0概述
在有限轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)負(fù)載只能在有限轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)擺動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以360。正反旋轉(zhuǎn)，然后通過(guò)限位換向開關(guān)，或通過(guò)齒輪和限位換向開關(guān)，將驅(qū)動(dòng)負(fù)載限制在有限轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)擺動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)電機(jī)也可以采用有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)。有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)只能在有限角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。
有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)分?jǐn)[動(dòng)磁場(chǎng)型和擺動(dòng)電樞型兩類。因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)子本身只能在有限轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)擺動(dòng)，即使是擺動(dòng)電樞型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)也不需要通過(guò)電刷滑環(huán)，將電流直接引入電樞，所以有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)也是一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，比一般電子換向的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，而且又不會(huì)像有刷電動(dòng)機(jī)受電刷困擾。
檢流計(jì)具有擺動(dòng)空心線圈，它是典型的擺動(dòng)電樞型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)。此外還有帶鐵心式的電樞型電動(dòng)機(jī)。
本文主要介紹擺動(dòng)磁場(chǎng)型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)。
1擺動(dòng)磁場(chǎng)型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)分類
1．1環(huán)形鐵心繞線式
環(huán)形鐵心繞線式是指將線圈緊密地繞在環(huán)形導(dǎo)磁環(huán)上，繞制的層數(shù)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和技術(shù)要求確定。其優(yōu)點(diǎn)是：能充分利用軸向長(zhǎng)度，繞組的端部尺寸等于線徑乘以繞制層數(shù)，在軸向長(zhǎng)度很有限的情況下，能****可能地利用軸向尺寸輸出力矩；定轉(zhuǎn)子之間磁場(chǎng)氣隙很大，可以改善電機(jī)的靜摩擦力矩，理論上這種形式是無(wú)力矩脈動(dòng)的；電機(jī)繞組的電感比較小，對(duì)控制線路的要求比較低。其缺點(diǎn)是：電機(jī)的磁場(chǎng)氣隙很大，它的氣隙磁密不高，這樣直接導(dǎo)致了電機(jī)的堵轉(zhuǎn)力矩不高；由于環(huán)形繞線的線圈只有通過(guò)氣隙的一段導(dǎo)線產(chǎn)生力矩，所以導(dǎo)線的利用率不高；環(huán)形鐵心的繞線要用專用設(shè)備，并且對(duì)設(shè)備的要求很高，繞線必須繞得均勻、緊密，而且每一層都要達(dá)到要求，否則它會(huì)影響氣隙的大小，影響力矩波動(dòng)，電機(jī)的反電勢(shì)波形也不好等。
1.2有槽鐵心嵌線式
有槽鐵心嵌線式是由有槽沖片疊裝而成的鐵心嵌線式(或?qū)⒕�圈粘在無(wú)槽鐵心內(nèi)表面上)，這種形式是指將繞組線圈有序地嵌在有槽定子鐵心的槽里。其優(yōu)點(diǎn)是：電機(jī)的氣隙可以設(shè)計(jì)得很小，這樣可以大大提高電機(jī)的氣隙磁密，從而提高電機(jī)的輸出力矩；定子繞組的利用率高，線圈的兩條邊都產(chǎn)生了力矩；定子齒槽分布較均勻，相應(yīng)的定子嵌線也較均勻，這樣電機(jī)的反電勢(shì)藍(lán)線(梯形波)較好，不同的電機(jī)曲線一致性很好；電機(jī)可以像直流電機(jī)一樣嵌線，不要專用設(shè)備，工藝比較方便。其缺點(diǎn)是：定子的繞組形式是集中式繞組，在繞組集中的地方端部尺寸比較高，減少了鐵心長(zhǎng)度，在軸向長(zhǎng)度緊張的情況下，不利于電機(jī)輸出力矩；電機(jī)繞組的電感比較大，對(duì)控制線路的要求比較高；由于電機(jī)定子有齒、槽，就存在定、轉(zhuǎn)子之間的齒槽效應(yīng)，由此造成了電機(jī)的靜摩擦力矩的增大和力矩波動(dòng)增加。
總之，這兩種定子繞組的形式各有優(yōu)、缺點(diǎn)，在各種不同的項(xiàng)目中，可以選擇更合理的定子繞組形式來(lái)設(shè)計(jì)電機(jī)，滿足各種工程的需要。
2結(jié)構(gòu)和工作原理
有槽鐵心嵌線式擺動(dòng)磁場(chǎng)型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)極
有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)工作原理與其它電機(jī)一樣，電樞電流基于法拉第電磁感應(yīng)定律。根據(jù)電動(dòng)機(jī)左手定則，圖3a為電樞電流正向通電情況下，電機(jī)應(yīng)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；而圖3b因電流反向，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。磁極擺動(dòng)超出圖示點(diǎn)劃線范圍，進(jìn)入力矩、反電勢(shì)系數(shù)下降區(qū)域，而呈現(xiàn)有限轉(zhuǎn)角特性。顯然，磁極寬度6。取得窄些，有限轉(zhuǎn)角范圍就大些；6。太小，電機(jī)力能指標(biāo)下降。所以，這里應(yīng)當(dāng)有一個(gè)權(quán)衡兼顧兩者要求的數(shù)據(jù)。如果6。對(duì)應(yīng)圓周角“。，對(duì)于二對(duì)極電機(jī)，其****的轉(zhuǎn)角范圍大約為  這種電機(jī)有一條“零線”，****左右偏角以“零線”為對(duì) |
